臭氧發(fā)生器在工業(yè)廢水應用中發(fā)展方向研究

 

        臭氧發(fā)生器的規(guī)模化生產(chǎn)和臭氧的化學反應性是臭氧技術廣泛應用的基礎。

        因此，有必要總結臭氧產(chǎn)生的原理，分析臭氧的物理化學性質，這對指導臭氧的技術發(fā)展和實際應用具有重要意義。本文綜述了臭氧的產(chǎn)生機理、臭氧的理化性質以及臭氧在水處理中的應用。臭氧可以通過磷接觸、無聲放電、光化學反應和電化學反應產(chǎn)生，主要是氧原子與氧分子的反應。然而，臭氧的產(chǎn)生有副反應，包括熱分解和活性物質的猝滅反應，這些副反應是造成臭氧耗竭的原因。臭氧在水中的溶解度遠高于氧，可可靠地應用于水和廢水處理。根據(jù)臭氧的共振結構，臭氧分子中一個氧原子是缺電子的，具有親電性質，而一個氧原子是富電子的，具有親核性質。臭氧優(yōu)異的化學反應性也可以通過臭氧均相和非均相催化分解引發(fā)的自由基介導反應間接揭示出來。由于臭氧的生成可靠，反應性能強，臭氧反應在飲用水消毒和工業(yè)廢水(含氰廢水、焦化廢水、印染廢水、城市污水)的前、后處理中的應用值得深入闡述。對臭氧反應器的結構特點和應用技術的能量需求進行了評價。展望了臭氧生成、臭氧反應性和工業(yè)廢水臭氧化的發(fā)展方向。

 

        本文介紹臭氧的產(chǎn)生、臭氧的基本物理化學性質及其在水和廢水處理中的應用。分子氧激發(fā)生成氧原子和三體碰撞反應是臭氧生成的初步反應。雖然已有幾種臭氧生成方法被實際開發(fā)出來，但無聲放電是更有效和更實用的臭氧生成方法。然而，臭氧的熱分解和臭氧被氧原子和含氮活性物質消耗的化學耗竭對臭氧的產(chǎn)率產(chǎn)生不利影響。因此，對臭氧發(fā)生器采用冷卻放電間隙、混合惰性氣體、脈沖功率等方法來改善臭氧發(fā)生器的工作條件，使靜音放電的基本特性(電離后雪崩導致?lián)舸┖蛯щ娡ǖ?保持不變。應進一步研究放電步驟，以控制放電間隙溫度的升高，從而抑制臭氧的熱分解。

臭氧與多種污染物具有很強的反應性，由于其溶解性和化學反應性，臭氧被廣泛用于污染控制。臭氧的溶解行為由氣態(tài)臭氧的分壓、水溫、傳質條件、溶解的有機物或無機物以及溶液pH決定，是其在水和廢水處理中廣泛應用的基礎。臭氧的其他物理性質，如氣味和顏色也可能與其應用密切相關。從化學反應的角度看，無機污染物可以通過電子轉移反應或氧原子轉移反應被臭氧直接氧化。含富電子官能團或不飽和官能團的有機化合物可分別通過親電取代或1,3-偶極環(huán)加成選擇性臭氧化。此外，羰基、碳氮雙鍵或三鍵構成的有機化合物在缺電子位置(如碳原子)也可被氧化。另一方面，自由基介導的反應是由臭氧分解引發(fā)的，臭氧分解是由均相和多相催化劑催化的。然而，與催化活性相關的多相催化劑的主要表面和組成特征尚未完全闡明，這些基本特征與催化劑合成路線之間的標準化關系尚未建立。

基于臭氧的技術可以有效地滅活微生物，分解有機污染物，分別用于飲用水消毒和工業(yè)廢水處理。采用臭氧反應與各種氧化或物理分離技術相結合，應考慮到具體的廢水指標。然而，臭氧化的應用在處理水和廢水方面有一些局限性。例如，在分配系統(tǒng)中不能完全抑制生物再生，臭氧消毒會同時產(chǎn)生一些dbp。臭氧氧化能力不足嚴重阻礙了工業(yè)廢水的進一步氧化，更終導致小分子脂肪酸和飽和脂肪族化合物的積累。

雖然通過與多種催化劑的耦合可以提高臭氧對污染物的氧化去除能力，但在實際工業(yè)廢水中對污染物的去除方面的研究較少，需要特別關注無機碳和DOM的自由基清除作用。

        總的來說，所有這些限制將使基于臭氧的技術并非沒有缺點。為開發(fā)高效、可操作性強、低能耗的臭氧處理技術，今后的研究重點應集中在高效臭氧發(fā)生器、催化劑與臭氧化學的構效關系、臭氧氧化反應器的設計等方面。例如，臭氧反應與生物過濾器的結合是克服臭氧反應基本缺點的一種有希望的嘗試，因為臭氧頑固化合物反過來更容易生物降解。合成更先進的高活性臭氧催化劑是當務之急，以加速臭氧的分解，從而產(chǎn)生含氧自由基。這可以通過優(yōu)化催化劑的晶體結構、電子性能、化學成分、形態(tài)和表面狀態(tài)來實現(xiàn)。更后，臭氧反應器的高性能研究應集中在化學反應動力學與流體動力學的協(xié)調、逆流流型的實際應用以及反應器多級串聯(lián)連接的尾氣利用等方面。例如，在快堆內(nèi)部實現(xiàn)液氣之間的逆流流動模式，可以增強水中臭氧的傳質，從而在很大程度上加速臭氧的溶解。